В данной статье речь пойдет о трансформаторах, используемых в силовых цепях радиоэлектронной аппаратуры. Такие трансформаторы называются силовыми и применяются в трансформаторных блоках питания радиоэлектронной аппаратуры для получения питающего напряжения необходимых значений.
Силовые трансформаторы преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Первичная обмотка этих трансформаторов обычно рассчитана на сетевое напряжение ~ 220 или ~ 380 В, 50 Гц. Как правило, силовые трансформаторы являются понижающими с напряжением на вторичной обмотке 3; 6; 9; 12; 15; 18 В и т.д.
Понижающие трансформаторы, используемые в радиоэлектронной аппаратуре, обычно выпускаются сухого исполнения, и могут при необходимости охлаждаться вентилятором, работая в составе блока питания.
Р вых =U нагр. I нагр,
где U нагр - падение напряжения на нагрузке, а I нагр - ток нагрузки.
Далее выбираем трансформатор, у которого расчетное значение Р вых меньше, чем габаритная мощность. Под габаритной мощностью трансформатора понимается максимальная выходная мощность, которую можно получить от трансформатора с определенными габаритами: в конечный физический объем нельзя поместить бесконечное количество проводов. Например, трансформатор с габаритами 10×10×10 мм не может быть мощностью 10 кВт.
Если вторичных обмоток в понижающем трансформаторе несколько, тогда возникает необходимость распределения габаритной мощности между обмотками, для этого надо чётко понимать, будут ли вторичные обмотки нагружены одновременно или нет. В случае, когда вторичные обмотки нагружены одновременно, то выбирать понижающий трансформатор необходимо исходя из условия, что его габаритная мощность должна превышать суммарную мощность всех нагрузок, в противном случае трансформатор будет работать с перегрузкой.
Часто бывает так, что у Вас на складе уже есть похожие понижающие трансформаторы. Как ими воспользоваться, чтобы не покупать новые?
Вторичные обмотки можно соединить параллельно. Что это дает? Возможность пропускать с тем же напряжением больший ток. Но будьте осторожны: параметры вторичных обмоток должны совпадать, иначе одна из них (та, которая рассчитана на большее напряжение) станет сильно перегруженной, а вторичные обмотки с меньшим напряжением - недогруженными или вообще не будут работать.
Выходная мощность в данном случае считается следующим образом:
Р вых =U вых.(I нагр1 + I нагр2 +…+ I нагрN),
где I нагр1 , I нагр2 , и т.д.- это ток нагрузки каждой из вторичных обмоток. Если Вы всё сделаете правильно, они будут одинаковыми.
Вторичные обмотки можно соединить последовательно. Для чего это может понадобиться? Рассмотрим пример: у Вас есть понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками на 12 В, а Вам нужен трансформатор с одной вторичной обмоткой с напряжением 24 В. Вот в этом случае, если Вы соедините две вторичные обмотки по 12 В последовательно, то получите одну вторичную с напряжением 24 В. Мощность при последовательном подсоединении вторичных обмоток можно посчитать как:
Р вых =(U вых1 +U вых2 +…+U выхN).I нагр,
где U вых1 , U вых2 и т.д. - это напряжения каждой из вторичных обмоток.
Выходную мощность трансформатора необходимо брать с запасом, если есть дополнительные требования по ограничению тока холостого хода, напряжения холостого хода и по перегреву.
После этого выбираем типоразмер понижающего трансформатора в пределах габаритной мощности. Необходимо также учитывать, что фактическая габаритная мощность трансформатора будет ниже заявленной изготовителем, если вторичных обмоток несколько.
При подборе силового понижающего трансформатора необходимо учесть требования к его конструкции: наличие термопредохранителя, необходимость дополнительной изолирующей пропитки, способ крепления трансформатора, а также длину, тип (жесткие или гибкие), расположение и цвет выводов.
Ниже приведены основные характеристики понижающих трансформаторов, на которые необходимо обратить внимание при выборе и покупке понижающего трансформатора:
Максим Шаколин
Силовые трансформаторы являются электрическими устройствами (электрическими машинами), которые трансформируют электрическую энергию посредствам электромагнитного поля (промежуточной среды, гальванически развязывающий трансформаторные обмотки). Как правило трансформаторы применяются для понижения сетевого напряжения (220, 380 вольт) до нужной более низкой величины. Они являются главными функциональными элементами различных блоков питания (трансформаторных). Правильный выбор трансформатора для своего источника питания сводится к максимальному коэффициенту полезного действия при минимальных своих размерах и энергопотерях.
Существует много типов силовых трансформаторов, которые различаются как по электрическим характеристикам, так и по другим (размеры, материал, форма и т.д.). Среди всех имеющихся характеристик трансформатора наиболее важными и значимыми (с практической точки зрения) являются такие как - мощность, напряжение, ток, размеры. В этой теме я рассмотрю именно трансформаторы небольшой мощности, которые ставятся в обычные источники питания различной электротехники. Если говорить о трансформаторах, которые работают на электрических подстанциях (большой мощности), то для них существует много нюансов, которыми занимаются конкретные специалисты в этой области.
Итак, давайте более подробно рассмотрим основные характеристики трансформатора, который нужно выбрать для блока питания соответствующей мощности. К примеру, у нас возникла необходимость собрать лабораторный блок питания, имеющий плавную регуляцию постоянного выходного напряжения.
Неплохо было бы если такой источник питания был рассчитан на максимальное выходное напряжение в 25 вольт и силу тока 10 ампер. Зная ток и напряжение можно вычислить мощность. Для этого мы перемножаем вольты на амперы (U*I) и получаем 250 ватт. Не лишним будет добавить небольшой запас по мощности (пусть это будет 50 ватт). В итоге, для нашего лабораторного блока питания нужен силовой понижающий трансформатор мощностью 300 ватт.
Питать мы будет этот блок питания от обычной сети 220 вольт. Значит первичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана именно на это напряжение. На вторичной обмотке должно выходить 25 вольт (хотя если уж быть совсем точным, то даже где-то 22 вольта). Почему так, 22 вольта вместо 25? Любой блок питания содержит в себе выпрямительный диодный мост и фильтрующий конденсатор электролит, которые подключаются к выходной обмотке трансформатора. Так вот, существует такой эффект - переменное напряжение увеличивается примерно процентов на 18 после выпрямительного моста с фильтрующим конденсатором. И чтобы получить свои постоянные 25 вольт нужны где-то 22 вольта переменного напряжения.
Но это не принципиально важно. Ведь лишнее напряжение можно убрать если отмотать определенное количество витков вторичной обмотки. Либо же излишек постоянного напряжения можно срезать за счет самой электронной схемы стабилизатора напряжения (это сделает схема нашего регулятора напряжения, что будет стоять на лабораторном блоке питания). То есть, либо вы изначально учитываете естественное увеличение напряжения на эти 18% и покупаете трансформатор с чуть меньшим выходным напряжением, либо избавляетесь от лишнего за счет отмотки или срезания электронной схемой. Хотя можно оставить и как есть, получив в итоге блок питания с выходным напряжением около 28,5 вольт.
Итак, что касается нашей темы по основным характеристикам трансформатора и правильному его выбору. С мощностью, напряжением и током мы определились. Да, еще на счет тока - если вы будете покупать трансформатор, то просто смотрите на его выходной максимальный ток. А если вы выбираете из имеющихся в наличии (не зная его выходной ток), то смотрите на диаметр выходной медной обмотки. Сначала ее замеряете, а потом в интернете ищите таблицу зависимости силы тока выходных обмоток трансформатора от диаметра провода этих обмоток. К примеру, для нашего лабораторного блока питания с выходным током в 10 ампер нужен медный провод (выходной обмотки) диаметром около 2,3 мм.
Кроме электрических характеристик также имеют значения и размеры силового трансформатора. Они зависят не только от мощности трансформатора, а еще и от типа формы. Есть основные три типа трансформаторов (по форме) - круглый, П - образный, Ш - образный. На первом месте по компактности находится трансформатор круглой формы, но он стоит дороже и мотать его сложнее (если самому, не имея специального намоточного станка). На втором месте по компактности стоит трансформатор П - образной формы. Ну, и на третьем месте трансформаторы Ш - образной формы.
P.S. В итоге, прежде чем покупать (находить) силовой трансформатор сначала четко определитесь с его выходным напряжением и током. Перемножьте их и вы получите мощность трансформатора (не забудьте немного добавить запаса). А при выборе конкретной формы лучше брать круглые и П - образные, так как они имеют более компактные размеры. Хотя если это для вас не принципиально важно, то берите хотя бы просто приличного вида (без видимых механических повреждений, ржавчины на магнитопроводе, не сильно старый и т.д.).
Большинство бытовых приборов не могут напрямую подключаться к электросети в 220В. Для их питания необходимо пониженное напряжение и получить его можно только при использовании специального оборудования. К таким приборам относится понижающий силовой трансформатор. Этот прибор способен преобразовывать переменное напряжение одного значения в такой же параметр, только с другими показателями. Он широко используется в радиоэлектронной и электротехнической отраслях промышленности, в быту.
Схема трансформатора
Основным блоком агрегата является ферромагнитная катушка. Ее обмотки выполнены из медных проводов. По принципу действия они делятся на первичные – на них подается напряжение из сети и вторичные – с которых оно снимается потребителями.
Между собой их связывает переменное магнитное поле, наводимое в сердечнике трансформатора электронного понижающего. При этом между ними отсутствует электрический контакт. У таких моделей число витков на первичной обмотке больше, чем у вторичной, что приводит к уменьшению параметров на выходе.
Все рабочие детали трансформатора напряжения понижающего, располагаются в корпусе, но есть приборы и не имеющие его. Наличие или отсутствие кожуха зависит от технологии изготовления устройства. В одном случае – это сердцевина, заключенная в обмотке, выполненной в стержневом виде. Во втором сердечник находится внутри броневого вида, при котором витки могут располагаться как вертикально, так и горизонтально.
Функционирование таких приборов основывается на законе Фарадея или явлении электромагнитной индукции. Она заключается в следующем. На первичную обмотку трансформатора электронного понижающего поступает напряжение. При этом переменный ток проходя через нее приводит к созданию магнитного поля. Это обеспечивает появление напряжения во вторичной обмотке за счет возбуждения электродвижущей силы.
Смотрим видео, принцип работы прибора:
Соотношение параметров приблизительно соответствует числу витков в соответствующих обмотках трансформаторов понижающих однофазных. Поэтому уменьшение напряжения приводит к повышению силы тока. Кроме этого в процессе работы оборудования неизбежны незначительные потери энергии, не превышающие 2-3% и мощности.
Приборы, используемые для преобразования напряжения, представлены различными модификациями. В зависимости от типа сердечника они подразделяются на:
Технические характеристики у понижающих трансформаторов почти не отличаются, в то время как способ изготовления у каждого из представленных видов особенный.
Смотрим видео, виды и их классификация:
Среди всего разнообразия моделей наибольшее распространение получили сухие трансформаторы напряжения понижающие. Но очень часто находят применение и силовые приборы, работающие на масле.
Они могут быть:
Трансформатор электронный понижающий первого типа получает питание от сети, в которой ток течет по четырем проводам, три из которых – это фаза и один – ноль. Однофазные получают ток, протекающий по двух проводам. В жилых домах обычно используются именно такие сети.
Силовые масляные трансформаторы понижающие трехфазные имеют идеальный единичный коэффициент, а некоторые из них могут преобразовывать напряжение равное 600В. Обычно такими параметрами характеризуются крупногабаритные приборы, использующиеся на производстве. Есть среди трансформаторов электронных понижающих, и компактные, предназначенные для применения в быту.
Различают оборудование и по выходному напряжению. Оно может быть, как 12 так 380В. Возможно некоторые собирают трансформатор своими руками. Особых сложностей в этом нет, а инструкцию и схему можно легко найти в сети.
Маркировка оборудования зависит от его параметров. И чтобы в ней разобраться необходимо знать все его технические характеристики. Поскольку трансформаторы электронные понижающие бывают одно- или трехфазными, то и параметры у них будут соответственно отличаться.
Виды и типы
Основными для рассматриваемых приборов считаются такие показатели, как:
И если первый параметр будет неизменным у различных моделей, то все остальные имеют существенные различия. Причем габариты и все увеличиваются вместе с возрастанием мощности. Наибольшего значения эта характеристика достигает у больших промышленных устройств. Но и габариты такого трансформатора электронного понижающего весьма впечатляющие.
В то же время бытовые модели отличаются небольшими размерами и массой. Они легки в транспортировке и монтаже.
Отличие понижающих приборов от повышающих состоит в соотношении количества витков на обмотках. И именно этот параметр называется коэффициентом трансформации напряжения. У всех повышающих моделей этот параметр меньше единицы.
Выполнить расчет понижающего трансформатора можно основываясь на законах физики. Выполняется это следующим образом. Доказанным фактом является утверждение, что работа прибора основана на явлении электромагнитной индукции. Ток, проходя по обмотке приводит к появлению магнитного потока. Он возбуждает ЭДС. А так как сердечник трансформаторов напряжения понижающих бытовых изготавливается из стали, то он концентрирует магнитное поле с потоком внутри него.
Определить значение ЭДС в одном витке можно основываясь на законе Фарадея по формуле:
Ф- производная потока магнитной индукции по времени.
Основываясь на этом равенстве и проведя ряд вычислений получаем следующее соотношение:
U1/U2 ≈ E1/E2 = N1/N2 = К, где
U1 и U2 – действующие напряжения;
E1 и E2 – ЭДС;
N1 и N2 – число витков.
Если исходя из этой формулы коэффициент получается больше 1, значит, ваш прибор понижающий.
Устройство трансформатора напряжения понижающего, было рассмотрено выше, а в этом разделе будет рассказано об одном из самых важных элементов. Это первичная и вторичная обмотки. Они располагаются на магнитопроводе понижающих трансформаторов. Причем ближе к нему находится та, на которой более низкое напряжение. Такое расположение не случайно, так как ее легче изолировать.
Смотрим видео, правильное подключение трансформатора к сети:
Между ними находятся прокладки или другие изоляционные детали, которые чаще всего выполняются из электрокартона.
Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а вторичная к устройствам, потребляющим энергию. Причем к одному трансформатору может быть одновременно подключено несколько таких приборов.
Для выполнения обмотки используются провода, изолированные кабельной бумагой. Они могут иметь различные типы сечения:
По способу расположения они делятся на:
Использование рассматриваемого оборудования не только в промышленности, но и в быту объясняется не только необходимостью снижения напряжения до безопасной для человека величины 12В. Такие приборы отличаются нетребовательностью к входным параметрам. Они способны работать при напряжении в 110В, обеспечивая постоянное его значение на выходе.
К недостаткам понижающих трансформаторов можно отнести;
Но в то же время у них не мало и преимуществ. Одним из основных являются более компактные габариты и вес, что делает из более удобными в монтаже и транспортировке. Также эти приборы не создают радиопомех и способны обеспечить плавное увеличение напряжения. Понижающие трансформаторы меньше нагреваются. Этот параметр очень часто оказывается решающим при выборе оборудования.
Чтобы разобраться с темой «понижающий трансформатор», необходимо понять, для чего он используется в быту, и зачем нужно понижать напряжение? Начнем с известных всем фактов, один из которых – это напряжение в розетке, равное 220 вольт. Так вот не всем бытовым приборам это напряжение необходимо. К примеру, вся система телевизора работает от напряжения двенадцать вольт. Поэтому в него обязательно вставляется трансформатор понижающего типа. То есть, он уже закладывается в конструкцию прибора на стадии его проектирования. И таких приборов в быту используется большое количество.
То же самое можно сказать и о некоторых видах освещения. К примеру, светодиодные ленты, которые работают от специального блока питания. Последний, по сути, и есть трансформатор понижающий 220 на 12 вольт. То есть, блок понижает напряжение до необходимого.
Трансформаторы понижающие в основе состоят из двух обмоток из медной проволоки: первичной и вторичной, и ферромагнитного стержня. Первичная обмотка подключается к сети 220 или 380 вольт, вторичная к потребителю.
Сам принцип действия прибора достаточно прост.
При этом величина тока на выходе будет зависеть от количества витков в каждой обмотке. Кстати, таким образом, можно сделать или повышающий трансформатор, или понижающий. Чаще всего в быту используются первые. Вторые же используются реже, к примеру, для освещения, где установлены неоновые лампы. Им необходимо напряжение 12 000 вольт.
А вот в промышленности повышающие трансформаторные агрегаты используются чаще всего, потому что передача электроэнергии на дальние расстояния без больших потерь невозможна. Поэтому 380 вольт преобразуют посредству трансформатора в более высокие величины и передают по высоковольтным линиям, при этом снижая потери до минимума.
Внимание! Любой понижающий напряжение прибор выдает на выходе тот же переменный ток. Если необходим ток постоянный, то к трансформатору понижающему 220 на 12 устанавливается выпрямитель.
Необходимо отметить, что научно-технический прогресс не стоит на месте. Поэтому сегодня производители предлагают электронные трансформаторы понижающего типа. В них нет катушек и сердечника, в основе прибора лежат микросхемы, конденсаторы, резисторы и другие электронные элементы. В чем же его преимущество перед классическим вариантом?
Итак, на что необходимо обратить внимание, покупая понижающий трансформатор?
Напомним, что на всех потребителях мощность указывается в ваттах. Обозначение производится на корпусе или в сопроводительных документах. Если этот показатель вами не найдет, тогда можно его подсчитать самостоятельно, используя закон Ома, который гласит, что мощность электрического прибора – это произведение его напряжения на силу тока. К примеру, лампочка, работающая от сети 12 вольт, на которой написана сила тока в 5 А, будет иметь мощность: 5А*12В=60 Вт.
Подключение понижающего трансформатора 220-110 или любой другой конфигурации – процесс достаточно простой. Во-первых, на заводских приборах клеммы подключения всегда маркируются. Для подключения нулевого провода используется клемма с обозначением «N» или «0», для фазного «L» или «220». На выходе обычно «0» и «110». Последнее число может меняться в зависимости от выдаваемого на выходе напряжения.
Во-вторых, если вами приобретен самодельный прибор или не новый, где стерта маркировка на клеммах, то распознать, какая обмотка первичная, а какая вторичная, можно по сечению используемого в ней медного провода. Так вот, в первичной обмотке сечение провода меньше, чем во вторичной. В повышающем трансформаторе все наоборот. То есть, тонкий провод устанавливается на вторичную обмотку.
Видов понижающих трансформаторов не так много. В основе их классификации лежат область применения и вид исполнения. В первом случае они делятся на бытовые и промышленные. Во втором на открытого типа и закрытого, то есть, в корпусе. Сюда же можно внести еще одно разделение, где учитывается способ крепления в плоскостях.
Но отметим тот факт, что различий в работе у двух видов не наблюдается.
Промышленные образцы делятся на три вида:
Основное условие правильной эксплуатации – это специально отведенное место для установки. Оно должно быть сухим, чистым, герметичным от попадания пыли и грязи. В быту для этого используется специальный ящик с понижающим трансформатором. И последнее условие – трансформатор должен быть обязательно заземлен.
Похожие записи:
Понижающие трансформаторы относятся к категории преобразователей значения электрического тока. Причем их входящее напряжение будет выше, чем исходящее. Представленные установки применяются в линиях электропередач и быту. Принцип работы понижающих приборов, особенности и применение будут рассмотрены далее.
Видео: Силовой понижающий трансформатор с несколькими вторичными обмотками.
Покупатели отдают предпочтение в большинстве случаев всего нескольким моделям. Чтобы правильно выбрать аппаратуру, потребуется знать их маркировку, ее расшифровку. Большим спросом пользуются такие модели:
Информация о разновидности прибора приведена в маркировке. Она указывается на корпусе трансформатора. Маркировка находится в открытом доступе для обслуживающего персонала.
Выбрать трансформаторное устройство представленного типа может профессионал. Существует несколько правил в проведении этого процесса. В первую очередь следует обратить внимание на показатель входного напряжения. Оборудование должно быть рассчитано на прием определенного напряжения.
Затем нужно установить, какой уровень тока требуется потребителю. В соответствии с этой характеристикой выбирают параметры выходного напряжения. Мощность приборов, подведенных к трансформатору, должна быть немного ниже, чем его выходное напряжение.
Качественные изделия выдерживают аварийные ситуации. В них предусмотрена особая защита от короткого замыкания, перенапряжения, резких скачков электричества, перегрузок. В этом случае система работает стабильно даже в неблагоприятных условиях.
Внутреннюю часть представленного агрегата нужно тщательно защищать от неблагоприятных внешних воздействий. В корпус не должны попадать пыль, влага, грязь и прочие посторонние вещества. Поэтому оборудование устанавливается в защитный корпус, кожух или ящик. В него должен быть обеспечен легкий доступ. Обслуживающий персонал при необходимости быстро произведет осмотр системы в случае необходимости.
Монтаж нужно проводить таким образом, чтобы исключить вероятность случайного соприкосновения человека к неизолированным проводникам тока. Агрегат подключается к заземлению при помощи медного провода. Сечение должно составлять от 2,5 мм и более.
Периодически производится осмотр, обслуживание и . Неисправности должны вовремя устраняться.
Интересное видео: Как намотать своими руками сетевой понижающий трансформатор 220 на 12 вольт?
При выборе места установки, условий эксплуатации обязательно учитывают требования производителя. ГОСТ устанавливает климатическое исполнение, которое должно учитываться при установке.
Рассмотрев особенности, применение и условия эксплуатации понижающих трансформаторов, можно выбрать оптимальную разновидность приборов.
